天大《有机波谱分析》 2D核磁共振谱2.ppt

1、LR-COSY,4.3.2 异核化学位移相关谱 HETCOR (Heteronuclear chemical shift correlation, 1H - 13C COSY),1. C, H-COSY谱（氢碳化学位移相关谱） 2. COLOC（远程氢碳化学位移相关谱) 3. 1H检测的异核化学位移相关谱 (inverse实验）,1. C, H-COSY谱（氢碳化学位移相关谱）,F2域是宽带去偶的碳13C谱，F1域是氢谱 谱图没有对角峰 季碳不出交叉峰,基本脉冲序列 :,13C,1H,t1,1,2,The standard pulse sequence for 13C-detected 1H-

2、13C chemical shift correlation.,AQ,化合物6的二维C,H-COSY谱,2. COLOC（远程氢碳化学位移相关谱),在C,H-COSY谱中季碳原子不出现相关峰 确定分子骨架和推断结构很重要 COLOC谱图形式类似于C, H-COSY谱,3. 1H检测的异核化学位移相关谱,C,H-COSY和COLOC谱是对13C采样的,因13C核灵敏度比1H核低得多，测试样品多，累加时间长。把检测13C信号变为检测1H信号，将大大提高相关谱的灵敏度。1H检测的异核化学位移相关谱实验称为反转实验（inverse实验）。包括： HMQC（1H检测的异核多量子相干实验） HSQC（1H

3、检测的异核单量子相干实验） HMBC（1H检测的异核多键相干实验）,（1）HMQC (Heteronuclear Multiple Quantum Coherence),薄荷醇的HMQC谱,（2）HSQC (Heteronuclear Single Quantum Coherence),HSQC 与HMQC的谱图相同， 都是显示1H核和与其直接相连的13C核的相关峰， 其作用相应于C,H-COSY谱,HSQC 与HMQC的比较,HSQC谱的F1域的分辨率比HMQC的高,HSQC谱的不足之处是脉冲序列比HMQC复杂,1,2,3,4,1,2,3,4,Sensitivity Enhanced Gra

4、dient HSQC,13C,1H,t1,AQ,C2, C3 and C4: Quaternary or protonated carbons X: O, N,Pulse sequence for HMBC,用于季碳或自旋系统之间连接点的归属，对应于COLOC谱,（3） HMBC (Heteronuclear Multiple-Bond Correlation,HMBC 与HMQC的区别,HMQC是通过异核多量子相干实验把1H核和与其直接相连的13C核关联起来。 HMBC则是通过异核多量子相干实验把1H核和远程偶合的13C核关联了起来，其作用类似于COLOC谱,化合物9的HMBC谱,化合物10

5、的HMBC谱,Gradient HMBC,1,2,3,5,1,4,3,2,5,6,7,8,CDCl3,CDCl3,4.3.3 二维接力相关谱(2D Relayed NMR Spectroscopy),常规的C, H-COSY和COLOC谱以及反转实验一般可以解决大部分有机分子的碳骨架连接问题，但有时候仍难以准确归属。二维接力相关谱是可以提供碳碳骨架信息有用方法，它是C,H-COSY谱的延伸 它有两种实验方法：氢接力的C, H-COSY 谱和氢接力的H, H-COSY谱,(1) 氢接力的H, H-COSY谱（H-Relayed H, H-COSY）,磁化矢量从HA转移到HB，再由HB转移到HC的

6、接力，可检测出通过二根键、三根键和四根键连接的质子间的交叉峰,谷氨酸 的氢接力H, H-COSY谱 (p207),氢接力的C, H-COSY (H-Relayed C, H-COSY),磁化矢量从一个1H核（HA）磁化转移到邻位的另一个1H核（HB）上，再通过HB把磁化转移到与其相连的CB的磁化矢量上，称之HAHBCB接力。如果已确认了HA，就可以通过HA指认邻位CB的化学位移,4.5 总相关谱(TOCSY谱),如果在氢接力H,H-COSY谱的脉冲序列中增加接力的级数，偶合相关的传递将逐渐增加。因此，从理论上讲，随着级数的不断增加，将显示自旋体系的全部相关峰。但接力级数增加，灵敏度下降很快，检

7、测时间也会变得越来越长，限制了接力级数的增加。 TOCSY谱就是通过特殊的脉冲序列，实现从一个氢核的谱峰出发，可以找到与它处于同一偶合体系的所有氢核的相关峰,TOCSY (TOtal Correlation SpectroscopY),t1,MLEV17,AQ,Pulse sequence for a TOCSY spectrum.,不同的混合时间给出不同接力程度的TOCSY谱 当混合时间很小时，TOCSY谱相当于COSY谱,COSY,H-Relayed-COSY,TOCSY,2D Gradient TOCSY, 混合时间10ms,相当于COSY谱,1,2,3,4,1,2,3,4,1-2,2-

8、3,3-4,1,2,3,4,2D Gradient TOCSY, 混合时间20ms,1,2,3,4,1,2,3,4,1-2,2-3,3-4,1-3,2-4,相当RelayedCOSY,OH,OH,1-2,1-3,1,2,3,4,2D Gradient TOCSY, 混合时间50ms,1,2,3,4,1,2,3,4,1-2,2-3,3-4,1-3,2-4,1-4,TOCSY,OH,OH,化合物6的TOCSY谱,4.4 多量子二维核磁共振谱,2D INADEQUATE实验 (确定13C-13C连接） 1H检测的2D INEPT-INADEQUATE实验,4.4.1 2D INADEQUATE实验,

9、二维INADEQUATE实验是目前13C谱归属的最有效的方法。但由于13C的天然丰度只有1.1,两个核相连的几率只有万分之一，使INADEQUATE实验的灵敏度很低。即使样品浓度很大（100mg以上），实验累加时间仍然很长（2天）。 二维INADEQUATE谱有两种形式。第一种形式F2域为碳原子的化学位移，F1域为双量子跃迁频率，相互偶合的两个碳原子作为一对双峰排列在平行与F2域的同一水平线上。另一种形式是F1与F2域皆为13C的化学位移，谱图类似于H,H-COSY谱，但无对角峰。,1丁醇的 2D INADEQUATE实验,薄荷醇的2D INADEQUATE谱,4.4.2 1H检测的2D IN

10、EPT-INADEQUATE实验,2D INADEQUATE谱因灵敏度低、样品浓度大、实验累加时间长等缺点，使其应用受到很大限制。近年来，以INADEQUATE为基础发展了一些新实验方法，以提高灵敏度。如通过极化转移和检测1H的方法，使灵敏度有较大提高的2D INEPT-INADEQUATE实验。 INADEQUATE谱的最大优点：谱图无对角线峰，不存在对角峰掩盖邻近的交叉峰的问题，图面干净。,薄荷醇的1H检测的2D INEPT-INADEQUATE谱,2D NOESY (Nuclear Overhauser Enhancements SpectroscopY),t1,m,AQ,The NOE

11、SY pulse sequence.,C C ,Ha,Hb,VC*r -6, r0.5nm,r0.5nm,主要用于谱峰归属、结构的确定、立体构型及构象研究,3-CH3, 5-H,Gradient NOESY,NOESY用于多肽序列 的归属,2,3,H1,2,3,1,3,2,1,NH,NH,H,H,Spin-lock,90,t1,t2,2D ROESY实验脉冲序列,NOESY谱峰强度与分子在溶液中的相关时间c有关。对于c1/0 (0为Lamar进动频率)即分子量较小的分子，NOE的强度降至零，此时可用ROESY实验代替NOESY实验。ROESY与NOESY的不同在于ROE强度总是随相关时间增加而

12、增加。,梯度场被广泛的应用在核磁共振实验,其特点是:- 消除额外干扰信号而增加动态范围.- 节省时间(不在需要相位循环)- 减少信号干扰( t1-噪音)- 提高谱图质量.,4.5 磁场梯度(Magnetic Field Gradients),同性均匀磁场 在外磁场施加一个Z方向的梯度场,由于所处不同平面位置的原子核将感受到不同的磁场而磁化矢量具有不同的旋转频率,从而形螺旋状,其螺矩取决于梯度场的强度.,梯度场,MRI/NMR imaging,叠加在主磁场上的梯度场使原子核的共振频率成为空间的涵数.在核磁成象(MRI)实验中,磁化矢量是在梯度场打开的情况下检测的.所以MRI谱图给出频率的分布.每一频率层表明样品中的不同位置而其强度表明具有相同频率原子核的数量.,(Reproduced from Ernst et al. Principles Of Nuclear Magnetic Resonance in One and Two Dimensions, Oxford University Press)